電纜式地層測(cè)壓資料在西湖凹陷油氣田中的應(yīng)用

劉建新，付焱鑫，胡文亮

中海石油(中國(guó))有限公司上海分公司，上海 200335

Xihu Sag

電纜式地層測(cè)試技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代，是石油勘探開發(fā)中常用的一項(xiàng)測(cè)井技術(shù)[1，2]。以斯倫貝謝公司的模塊式動(dòng)態(tài)地層測(cè)試器(MDT)、貝克休斯公司的油藏特性描述儀(RCI)、中海油田服務(wù)股份有限公司的增強(qiáng)型地層動(dòng)態(tài)測(cè)試器(EFDT)[3]為代表的電纜式地層測(cè)試技術(shù)在西湖凹陷油氣田勘探及開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)可以進(jìn)行連續(xù)測(cè)壓、取樣及流體性質(zhì)分析等作業(yè)，為油藏評(píng)價(jià)提供地層壓力、流體性質(zhì)、儲(chǔ)層物性等地質(zhì)信息[4]。但與此同時(shí)，電纜式地層測(cè)試測(cè)壓資料在西湖凹陷不同油氣藏中的實(shí)際應(yīng)用還存在一些難點(diǎn)，如超壓點(diǎn)如何準(zhǔn)確判斷、哪些壓力點(diǎn)可以代表真實(shí)地層壓力、測(cè)壓資料回歸流體密度可靠性如何以及壓降流度與儲(chǔ)層滲透率關(guān)系等。為此，筆者收集整理了大量西湖凹陷油氣田電纜式地層測(cè)壓資料應(yīng)用實(shí)例，歸納了西湖凹陷油氣田電纜式地層測(cè)壓資料的分類，開展了電纜式地層測(cè)壓資料在儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別及確定流體界面等方面的應(yīng)用效果研究，并提出了新的油氣藏氣油比評(píng)價(jià)方法及壓降流度與儲(chǔ)層滲透率的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

1 電纜式地層測(cè)壓資料影響因素及測(cè)壓點(diǎn)分類

1.1 超壓影響因素及超壓點(diǎn)判斷

超壓是指地層測(cè)試獲取的測(cè)點(diǎn)壓力高于儲(chǔ)集層真實(shí)壓力的現(xiàn)象[5]。超壓的主要原因是井壁未形成泥餅或泥餅的質(zhì)量不足以分隔開井筒鉆井液與地層孔隙流體的壓力差，泥漿柱高壓不斷向儲(chǔ)層中擴(kuò)散，導(dǎo)致測(cè)試器測(cè)量的井壁附近地層的壓力高于真實(shí)地層壓力[6]。圖1是地層測(cè)試時(shí)不同泥餅分隔性能下的壓力分布示意圖，可以看出，在泥餅有效分隔的情況下泥漿柱高壓幾乎被泥餅損耗，地層測(cè)試恢復(fù)壓力等于地層壓力；而在泥餅分隔性差時(shí)，泥漿高壓會(huì)通過泥餅緩慢衰減到地層內(nèi)部直至逐漸衰減到地層壓力，測(cè)壓時(shí)壓力波及深度難以達(dá)到地層原始?jí)毫μ帲瑢?dǎo)致地層測(cè)試時(shí)最終恢復(fù)壓力高于地層真實(shí)壓力。

圖1 不同泥餅分隔性能下的壓力分布示意圖Fig. 1 Schematic diagram of pressure distribution under different performance of mud cake separation

近年來，西湖凹陷鉆探主要目的層大都為深層-超深層的低孔滲儲(chǔ)層[7，8]，在低滲儲(chǔ)層測(cè)壓時(shí)測(cè)試點(diǎn)受超壓影響概率大。同時(shí)，西湖凹陷勘探開發(fā)實(shí)踐表明，該凹陷中深層普遍發(fā)育高壓異常[9]，因此在研究區(qū)普遍發(fā)育高壓的低孔低滲儲(chǔ)層中進(jìn)行測(cè)壓分析，超壓點(diǎn)的判斷顯得尤為重要。

超壓點(diǎn)可以通過3個(gè)方面分析及判斷：①超壓點(diǎn)通常發(fā)生在儲(chǔ)層物性較差層段，因?yàn)閮?chǔ)層物性較差一般難以有效形成泥餅或泥餅分隔性較差；②從測(cè)壓點(diǎn)幾次壓力恢復(fù)曲線判斷，如果幾次預(yù)測(cè)試壓力恢復(fù)值不同且有逐漸變小的趨勢(shì)，說明該測(cè)試點(diǎn)可能為超壓(見圖2)；③通過分析壓力測(cè)試點(diǎn)的趨勢(shì)，在同一儲(chǔ)層內(nèi)若某些測(cè)試點(diǎn)明顯比大多數(shù)測(cè)試點(diǎn)的趨勢(shì)偏大，則該點(diǎn)可能為超壓點(diǎn)。

圖2 超壓點(diǎn)壓力測(cè)試恢復(fù)曲線圖 圖3 西湖凹陷壓力測(cè)試點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析圖Fig. 2 Pressure test recovery curve of supercharge point Fig. 3 Statistical analysis chart of pressure test points in Xihu Sag

基于以上3個(gè)方面，對(duì)西湖凹陷數(shù)十口井的壓力預(yù)測(cè)試點(diǎn)綜合分析發(fā)現(xiàn)：測(cè)試點(diǎn)壓降流度小于3mD/cP時(shí)，一般為超壓點(diǎn)；壓降流度介于3～7mD/cP時(shí)，可能為超壓點(diǎn)，需結(jié)合其他壓力測(cè)試資料綜合判斷；壓降流度大于7mD/cP時(shí)，測(cè)壓點(diǎn)基本不受超壓影響，大多為有效點(diǎn)(見圖3)。

圖4 西湖凹陷X1井某氣層 MDT壓力剖面圖Fig. 4 MDT pressure profile of a gas reservoir in well X1 of Xihu Sag

圖4為西湖凹陷X1井某氣層 MDT 壓力剖面圖，該氣層用于流體密度回歸的3個(gè)測(cè)壓有效點(diǎn)的流度分別為60.5、10.3、21.80mD/cP，3個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力回歸流體密度為0.20g/cm3，與該層PVT(pressure volume temperature，壓力體積溫度)測(cè)試分析氣密度基本一致；由圖4可見壓力回歸線右上方還有2個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，壓降流度分別為3.9、6.6mD/cP，這2個(gè)點(diǎn)的壓力測(cè)量值明顯偏離壓力梯度線，判斷為超壓點(diǎn)。

1.2 測(cè)壓點(diǎn)分類

通過對(duì)西湖凹陷各類電纜式地層測(cè)壓資料綜合分析，研究區(qū)測(cè)壓點(diǎn)可分為5類：超壓點(diǎn)(見圖2)、有效點(diǎn)、干點(diǎn)、致密點(diǎn)、坐封失敗點(diǎn)(見圖5)，條件及應(yīng)用范圍見表1。

表1 測(cè)壓點(diǎn)類型表

圖5 西湖凹陷測(cè)壓點(diǎn)分類圖Fig. 5 Classification diagram of pressure measuring points in Xihu Sag

2 電纜式地層測(cè)壓資料的具體應(yīng)用

2.1 計(jì)算地層流體密度及氣油比

西湖凹陷部分油氣田發(fā)育輕質(zhì)油藏、帶油環(huán)的凝析氣藏，油氣藏氣油比變化較大，呈現(xiàn)典型的“油輕氣重”特點(diǎn)，給常規(guī)測(cè)井資料識(shí)別油、氣層帶來一定困難。電纜式地層測(cè)壓資料可以通過地層壓力梯度快速評(píng)價(jià)地層流體密度，從而幫助測(cè)井解釋人員進(jìn)行油、氣層識(shí)別[10-12]。

圖6為西湖凹陷X2井測(cè)井曲線組合圖，如圖所示，3729～3731m中子-密度曲線“鏡像”交會(huì)特征明顯，為典型氣層；3734～3748m、3759.5～3765m中子-密度曲線“鏡像”交會(huì)幅度明顯小于上部典型氣層，判斷為油層。圖7為該井段壓力剖面圖，其中3734～3748m地層壓力因數(shù)1.09，4個(gè)有效壓力點(diǎn)回歸地層流體密度為0.61g/cm3，后續(xù)該層DST(drill stem testing，鉆桿測(cè)試)樣品PVT分析地層原油密度為0.6113g/cm3，兩者基本一致；3759.5～3765m中子-密度“鏡像”交會(huì)特征不明顯，易將該層解釋為油層，但該層3個(gè)測(cè)壓有效點(diǎn)回歸地層流體密度為0.39g/cm3，為氣層特征，后經(jīng)MDT取樣證實(shí)。

在西湖凹陷，氣油比通常采用DST測(cè)試期間取樣經(jīng)PVT試驗(yàn)分析獲得，但DST測(cè)試費(fèi)用高，測(cè)試偏少，實(shí)際應(yīng)用中大都采用類比法確定氣油比參數(shù)，開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，即使是相鄰油氣藏其氣油比也不盡相同，該參數(shù)的不確定性為開發(fā)方案的制定帶來較大困難。為此，筆者通過西湖凹陷油氣藏大量測(cè)壓資料和PVT試驗(yàn)分析資料，創(chuàng)新建立了測(cè)壓流體密度估算氣油比方法(見圖8)，計(jì)算公式為：

Rgo=22.492×ρ-3.602

(1)

式中：Rgo為氣油比，m3/m3；ρ為壓力回歸流體密度，g/cm3。

圖7 X2井某氣層壓力剖面圖 圖8 西湖凹陷油氣藏壓力回歸流體密度與氣油比關(guān)系圖Fig. 7 Pressure profile of a gas reservoir in well X2 Fig. 8 Relationship between pressure regression fluid density and gas-oil ratio of oil and gas reservoirs in Xihu Sag

圖9為西湖凹陷X3井某氣層測(cè)井曲線組合圖，如圖所示，4325～4335m層段中子-密度曲線“鏡像”特征明顯，為典型氣層。該層段4個(gè)測(cè)壓點(diǎn)回歸地層流體密度為0.40g/cm3(見圖10)，根據(jù)公式(1)估算該層段氣油比為608m3/m3，該層MDT取樣分析氣油比為637m3/m3，兩者基本一致。通過測(cè)壓回歸流體密度可有效識(shí)別油、氣層，同時(shí)為油氣藏氣油比參數(shù)確定提供了新的手段。

圖9 X3井測(cè)井曲線組合圖Fig. 9 Combination diagram of logging curves of well X3

圖10 西湖凹陷X3井氣層壓力剖面圖Fig. 10 Gas reservoir pressure profile of well X3 in Xihu Sag

2.2 根據(jù)壓力剖面確定流體界面

儲(chǔ)量研究中流體界面的確定十分重要，對(duì)于一些未鉆遇流體界面的油氣層以及常規(guī)測(cè)井資料難以準(zhǔn)確確定流體界面的疑難層，利用電纜式地層測(cè)壓資料確定流體界面效果較好[13]。圖11為西湖凹陷Y氣田Y1井和Y2井某氣藏連井對(duì)比圖，Y1井從常規(guī)測(cè)井資料判斷，-3850m(TVDSS，true vertical depth subsea，水下真實(shí)垂直深度)以上為氣層，且MDT在-3847m(TVDSS)泵抽取樣分析為純氣樣。Y1井-3850m(TVDSS)以下儲(chǔ)層段氣測(cè)值與上部氣層段相近，但該深度以下井段砂泥巖互層發(fā)育，隨鉆電阻率降至20Ω·m以下，電阻率降低是因?yàn)閹r性細(xì)還是儲(chǔ)層含水導(dǎo)致，對(duì)該氣藏氣水界面確定至關(guān)重要。為了弄清-3850m(TVDSS)以下儲(chǔ)層是否含水，MDT在-3864.3、-3875.5、-3883m(TVDSS)3個(gè)深度分別泵抽6～10h，泵抽流體135～285L，現(xiàn)場(chǎng)流體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)均提示泵出流體主要為鉆井液濾液，含少量烴類氣，泵抽也無法判斷儲(chǔ)層流體性質(zhì)。從Y2井測(cè)井曲線特征可以看出，-3920m(TVDSS)以下隨鉆電阻率為10Ω·m，氣測(cè)無異常，為典型水層特征。為了進(jìn)一步確定該氣藏氣水界面，采用Y1井典型氣層段3個(gè)有效測(cè)壓點(diǎn)和Y2井典型水層段5個(gè)有效測(cè)壓點(diǎn)評(píng)價(jià)氣水界面(見圖12)，氣線與水線交點(diǎn)深度為-3850.6m(TVDSS)，Y1井在該深度以下的4個(gè)測(cè)壓點(diǎn)均分布在Y4井水線附近，綜合判斷該氣藏氣水界面確定在-3850.6m(TVDSS)更加合理，該氣藏壓力剖面對(duì)確定流體界面起到了關(guān)鍵作用。

圖11 西湖凹陷Y氣田Y2井和Y1井某氣藏連井對(duì)比圖Fig. 11 Connected well comparison diagram of a gas reservoir in well Y2 and well Y1 in Y gas field of Xihu Sag

圖12 西湖凹陷Y氣田某氣藏壓力剖面圖Fig. 12 Pressure profile of a gas reservoir in Y gas field of Xihu Sag

2.3 評(píng)價(jià)地層滲透率

地層測(cè)壓資料并不直接測(cè)量?jī)?chǔ)層滲透率，在壓力測(cè)試期間通過抽取地層流體測(cè)量流量和壓降，根據(jù)達(dá)西定律，計(jì)算壓降流度。測(cè)壓期間測(cè)量的通常為鉆井液濾液，可通過鉆井液濾液黏度轉(zhuǎn)化為滲透率[14]，該滲透率可看作是鉆井液相有效滲透率；同時(shí)，鹿克峰等[15]探討了壓降流度與氣相滲透率的關(guān)系。但是，在地層滲透率評(píng)價(jià)中，采用更廣泛的是根據(jù)巖心分析滲透率標(biāo)定的空氣滲透率。為此，筆者在西湖凹陷大量壓降流度及巖心分析滲透率的基礎(chǔ)上，研究并建立了水基及油基鉆井液條件下壓降流度與空氣滲透率的轉(zhuǎn)換關(guān)系(見圖13)：

水基鉆井液:

K= 2.6489S0.8021R2= 0.9173

(2)

油基鉆井液:

K= 7.2081S0.7465R2= 0.8719

(3)

式中：K為空氣滲透率；S為壓降流度。

圖13 壓降流度與空氣滲透率關(guān)系Fig. 13 Relationship between mobility and air permeability

通過上述關(guān)系，可根據(jù)某深度點(diǎn)壓降流度直接估算該點(diǎn)的地層滲透率。同時(shí)，在巖心孔隙度、滲透率分析資料的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充壓降流度得到的地層滲透率和該點(diǎn)測(cè)井評(píng)價(jià)的孔隙度信息，綜合建立儲(chǔ)層孔隙度與滲透率轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而得到儲(chǔ)層連續(xù)滲透率曲線。X4井采用油基鉆井液，MDT測(cè)壓點(diǎn)較多，根據(jù)式(3)將MDT壓降流度轉(zhuǎn)換為滲透率，再與該層段少量壁心滲透率資料共同建立該井段儲(chǔ)層孔滲關(guān)系(見圖14)。圖15為X4井壓降流度評(píng)價(jià)滲透率成果圖，可以看出，利用該孔滲關(guān)系評(píng)價(jià)的滲透率結(jié)果與6顆壁心分析滲透率一致性較好。

圖14 X4井區(qū)孔滲關(guān)系圖Fig. 14 porosity and permeability diagram of well X4 area

圖15 X4井壓降流度評(píng)價(jià)滲透率成果圖Fig. 15 Permeability results of pressure measurement and mobility evaluation in well X4

3 結(jié)論

通過對(duì)西湖凹陷各類電纜式地層測(cè)壓資料綜合分析，測(cè)壓點(diǎn)可分為5類：有效點(diǎn)、超壓點(diǎn)、干點(diǎn)、致密點(diǎn)、坐封失敗點(diǎn)，其中壓降流度大于7mD/cP時(shí)，測(cè)壓點(diǎn)通常為有效點(diǎn)；壓降流度小于3mD/cP時(shí)，測(cè)試點(diǎn)基本為超壓點(diǎn)；壓降流度介于3～7mD/cP時(shí)，測(cè)壓點(diǎn)可能為有效點(diǎn)或超壓點(diǎn)，需要結(jié)合其他壓力測(cè)試資料綜合判斷。基于對(duì)地層測(cè)壓資料分析，選取地層測(cè)試壓力資料中有效點(diǎn)，在儲(chǔ)層流體密度回歸及流體性質(zhì)識(shí)別、儲(chǔ)層流體界面確定等方面均取得了較好的應(yīng)用效果，提出了新的油氣藏氣油比評(píng)價(jià)方法及流度與滲透率的轉(zhuǎn)化關(guān)系，對(duì)電纜式地層測(cè)壓資料在西湖凹陷后續(xù)勘探開發(fā)中的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。